ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Циклы с расширением воздуха в детандере и отдачей внешней работы из "получение кислорода Издание 4" Для повышения холодопроизводительности и экономичности цикла с дросселированием его схему несколько усложняют, в частности осуществляют предварительное охлаждение воздуха перед дросселированием, используя для этого более дешевый способ охлаждения аммиачной холодильной установкой. Предварительное охлаждение воздуха перед теплообменником примерно в два раза улучшает показатели холодильного цикла с дросселированием. Рассмотрим этот цикл более подробно. [c.70] Из диаграммы 5—Т (см. рис. 5) видно, что с понижением температуры воздуха на входе в теплообменник разность энтальпий воздуха при ра=200 кгс см и 1 кгс см возрастает. Так, например, при температуре О °С эта разность равна 115,8—105= = 10,8 ктл1кг, а при —40 °С увеличивается до 106—90= 16 ккал кг. [c.70] Следовательно, чем ниже температура сжатого воздуха на теплом конце теплообменника, тем выше холодопроизводительность цикла при дросселировании и тем больше получается жидкого воздуха при той же затрате работы. [c.70] Количество жидкого воздуха увеличится в данном случае еще и потому, что необходимое для сжижения количество холода снижается вследствие уменьшения энтальпии воздуха после предварительного охлаждения. Действительно, из диаграммы 5—Т следует, что для сжижения предварительно охлажденного до —40 °С воздуха необходимо отнять 106—22,5=83,5 ккал/кг вместо 100,5 ккал/кг при сжижении воздуха с начальной температурой 30 °С. [c.70] ГТоэтому разработан цикл с предварительным охлаждением воздуха перед теплообменником с помощью аммиачной холодильной установки до температуры (—40) (—45) °С. Затрата энергии в аммиачном холодильном цикле невелика, и получаемый при этом холод обходится относительно недорого. [c.70] Незначительная дополнительная затрата энергии в аммиачной холодильной машине с избытком покрывается увеличением холодопроизводительности, и экономичность цикла возрастает. [c.72] На диаграмме 5—Т для этого цикла (рис. 16, б) показаны состояния точка I—воздуха перед компрессором точка 3— воздуха после компрессора точка За—воздуха при входе в аммиачный теплообменник, т. е. после предварительного теплообменника точка 5 —воздуха после аммиачного теплообменника точка 4—воздуха перед дросселем точка 5—воздуха после дросселя точка О—жидкого воздуха в сборнике точка 6—паров холодного дросселированного воздуха (обратный поток) перед основным теплообменником точка Г—обратного потока воздуха после основного и перед предварительным теплообменниками. [c.72] Пример. Рассчитать баланс цикла с предварительным охлаждением воздуха. Начальное абсолютное давление воздуха 1 кгс см температура 303 °К (30 С). Абсолютное давление сжатия 200 кгс1см . Предварительное охлаждение аммиаком производится до температуры —40 °С. Потери холода 7 = = 1,55 ккал кг и = ккал кг. [c.73] Сравнивая полученные результаты с характеристикой простого цикла с дросселированием (см. табл. 8) для давления 200 кгс см , видим, что предварительное охлаждение почти в три раза улучшает показатели цикла. [c.73] После расширения и охлаждения в детандере воздух выводится наружу через теплообменники 4 и 3, охлаждая поступающий сжатый воздух. Часть сжатого воздуха, не прошедшая через детандер (примерно 20—30%), поступает к дроссельному вентилю 5 и, сжижаясь после дросселирования, накапливается в сборнике 7, откуда сливается через вентиль 8. Несжижившаяся часть воздуха из сосуда 7 направляется в теплообменники 4 н 3. [c.75] Количество холода, получаемое в цикле с детандером, зависит от давления сжатия, температуры и количества воздуха, направляемого в детандер. Чем меньше давление сжатия, тем более низкую температуру должен иметь воздух перед детандером и тем большее количество воздуха должно направляться в детандер. [c.75] Диаграмма 5—Т для цикла среднего давления с детандером показана на рис. 17,6. Воздух, сжатый изотермически при по линии /—2, охлаждается под давлением в теплообменнике 3 до температуры Тд. В точке 5 часть воздуха (количество М) идет в детандер, где расширяется по линии 3—6 до давления охлаждаясь при этом до Гб. По линии 6—1 в теплообменниках, основном 4 и предварительном 3, происходит передача холода потоку сжатого воздуха от воздуха после детандера. Остальная часть воздуха высокого давления по линии 3—4 охлаждается в основном теплообменнике и в точке 4 по линии 4—5 (г=сопз1) дросселируется и сжижается (количество х), а затем выводится из ожижителя. Несжижившаяся часть воздуха (количество 1—М—х) отводится через теплообменники 4 и 3, где смешивается с воздухом из детандера, охлаждая сжатый воздух по линии 6—1. [c.75] Диаграмма (рис. 18) показывает зависимость между температурой воздуха перед детандером и количеством воздуха, посту-паюш,его в детандер. Точки резкого перегиба кривых показывают оптимальные значения температуры перед детандером при этих температурах и соответствующих им количествах детандерного воздуха выход жидкого воздуха будет наибольшим при наименьшем удельном расходе энергии. [c.77] Наивыгоднейшие условия цикла с детандером определяют, составив тепловой баланс теплообменников и проверив возможность осуществления в них теплообмена между сжатым воздухом и расширенным детандерным и дросселированным воздухом. Этот теплообмен может происходить, если обеспечить всегда достаточное количество детандерного воздуха. Как видно из диаграммы на рис. 3, теплоемкость сжатого воздуха по мере его охлаждения сильно возрастает, особенно вблизи холодного конца теплообменника при давлениях порядка 50—70 кгс/см и температурах от —90 до —140 °С. В этой части теплообменника воздух поглощает больше холода. При недостаточном количестве обратного потока детандерного воздуха возникающая здесь разность температур (температурный напор) между прямым и обратным потоками может оказаться недостаточной и даже стать отрицательной тогда сжатый воздух вместо отдачи теплоты детандер-ному воздуху, будучи более холодным, начнет, наоборот, отнимать теплоту от детандерного воздуха и нагреваться. Для предупреждения этого явления приходится заведомо увеличивать температурный напор в теплообменнике, пропуская через него большее количество детандерного воздуха, но при этом увеличиваются потери от недорекуперации, так как обратный поток уже не может достаточно нагреться. Уменьшение потерь путем развития поверхности теплообменника невыгодно и, кроме того, вызывает увеличение гидравлического сопротивления, что снижает холодопроизводительность детандера, так как требует повышения давления в конце расширения воздуха в детандере. [c.77] В табл. 9 приведены данные о расходе энергии и количестве жидкого воздуха при разных давлениях сжатия в цикле с детандером для наивыгоднейших условий работы, с учетом потерь холода. [c.78] Количество жидкого воздуха, получае-люго на 1 кг сжатого воздуха, кг Расход энергии с учетом возврата ее детандером квт-ч/кг жидкого воздуха. ... кдж/кг жидкого воздуха. ... [c.78] Несмотря на то, что в цикле с детандером допустимы более низкие давления сжатия, чем в цикле с дросселированием, и, казалось бы, возможно получение жидкого воздуха весьма экономичным способом, тем не менее расход энергии на 1 кг перерабатываемого воздуха незначительно отличается от расхода в цикле с дросселированием и аммиачным охлаждением. Это объясняется тем, что в цикле с детандером возникают дополнительные потери холода в поршневом детандере и потери в результате неполного использования работы расширяющегося в нем воздуха. Практически удельный расход энергии в цикле с детандером равен расходу энергии в цикле с дросселированием, двумя давлениями и предварительным аммиачным охлаждением. [c.78] Разработан также цикл с последовательным расширением воздуха в двухступенчатом детандере. Такие циклы со ступенчатым расширением воздуха и использованием одного или нескольких детандеров применяются в крупных установках получения жидкого кислорода. [c.78] Подсчитаем теоретическое количество жидкого воздуха и удельный расход энергии для этого цикла при указанном соотношении. [c.80] Вернуться к основной статье